意外齿轮故障

简单的设计缺陷是如何导致齿轮过早失效的,以及如何避免失效。

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A.在你生命的某个时刻,你有机会遇到一对双胞胎。他们可能是异卵双胞胎,也可能是同卵双胞胎。异卵双胞胎通常并不明显,但看到两个完全相同的人是很难不注意到的。人字齿轮是最接近的齿轮对相同的双胞胎,因为他们有相同的齿数,相同的节距,相同的压力角,相同的面宽,有时相同的孔径大小。无论哪种方式,一个齿轮总是需要另一个齿轮来传递所需的扭矩。

当系统中的每个齿轮都是独立设计的,基于性能标准,而不考虑齿轮系统中的其他齿轮时,可能会出现意外故障。例如,一个设计需要齿条和小齿轮。在选择机架时,确定为了将机架装配到底座上,机架的理想面宽必须是35毫米或更宽。同时,它确定小齿轮的最小面宽度是28毫米。为了最小化重量和动量,工程师设计了一个30毫米面宽的小齿轮,而不是齿条将是35毫米。尽管齿条和小齿轮具有相同的模块和压力角,但面宽的差异可能导致齿条上不均匀的磨损模式。

在复合齿轮系中,正齿轮也会出现类似的磨损问题。如果图1中的绿色小齿轮是这样设计的,它比它配合的齿轮更宽,那么由此产生的磨损将看起来像图2。

图1
图2

意外故障的另一个原因是键槽拐角处的齿轮断裂。如果施加在齿轮上的扭矩小于齿轮的弯曲强度扭矩,但允许钥匙在钥匙槽内移动,则可能发生这种情况。键槽施加的这些振荡应力可能导致齿轮失效,如图3所示。

图3

在选择蜗轮时,一个经常被忽略的设计缺陷是将单导程蜗轮与双导程蜗轮匹配。超前角是指蜗杆螺纹的螺旋线与垂直于旋转轴的直线之间的角度。为了给蜗杆增加额外的螺纹起点,必须增加螺纹的导程角。对于单导程蜗杆,典型的导程角约为三度。对于双导程蜗杆,典型的导程角约为7度。如果将带三度超前角的蜗轮与带七度超前角的蜗轮组装在一起,则配对将偏离轴约四度。如果将总成设置为使蜗轮副被迫以90度角运行,则由此产生的未对准将导致蜗轮产生意外的蜗轮磨损故障。

蜗杆传动的另一个设计缺陷是润滑的选择。在高速变速箱中,通常使用极压齿轮油来润滑系统。由于具有极压添加剂,这些齿轮油和润滑脂被指定为极压润滑油。这些添加剂非常适合用于钢齿轮,但不适用于青铜制成的蜗轮。一些EP齿轮油中的硫添加剂与青铜发生反应,导致齿轮箱腐蚀和意外故障。

可能出现的一个最终设计缺陷将导致齿轮副无法工作。当未考虑单个螺旋锥齿轮或单个斜齿轮的螺旋角时,会出现该缺陷。对于每组,一个齿轮必须为左手齿轮,另一个为右手齿轮,以便齿轮对工作。如果选择一个有40个齿的斜齿轮,并且螺旋线是左手的,则无论齿数多少,匹配齿轮都必须是右手的。

在本文详细介绍的每个示例中,都可以避免意外故障。设计师必须采取一种全系统的设计方法,以消除这些设计缺陷的引入。如果设计得当,齿轮将使世界运转。